Jump to content

    
Sign in to follow this  
artemij

RFID Reader

Recommended Posts

Добрый день!

 

Я проектирую систему чтения пассивных RFID меток, работающих на поверхностных акустических волнах(ПАВ). Принцип работы RFID меток на ПАВ достаточно прост: антенной метки принимается радиоимпульс от ридера и преобразуется в поверхностную акустическую волну, которая очень медленно распространяется по поверхности кристалла чипа до отражателей, которые формируют дискретно временное кодирование и при задержке сигнала в метке около 1мкс потери около 40-50дБ. Задача состоит в том, чтобы сгенерировать радиочастотных импульс длительностью 40нс и заполнением 900МГц, излучить его в направлении RFID меток и получить от них отклик. С генерацией 40нс импульсов проблем нет. Основная проблема, с которой я столкнулся, это очень слабый эхо сигнал - около -120дБ.

 

Я пытался решить проблему приема и детектирования этого сигнала в лоб, используя LNA от Avago и далее детектор сигнала AD8318. В итоге чувствительность приемника составила порядка -80дБ. Добавление дополнительных усилителей после LNA, согласованного фильтра и PA не приводит к существенным изменениям за счет плохого SNR. Все тонет в шумах. Гетеродин я не использую, т.к. радиоимпульсы довольно короткие: 40нс и на промежуточной частоте, скажем 100МГц, это только 4 периода.

 

У кого нибудь есть опыт создания подобных систем? Гугление не помогло найти готовые схемотехники и решения для конкретно этой задачи. Буду признателен за советы.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Для расчета чувствительность приемника есть популярная формула, используем её.

Для длительности радиоимпульсов 40 нс полоса пропускания приемника должна быть не менее 1/40 нс = 25 МГц

Отношение сигнал/шум меньше чем 6 дБ не имеет смысла, что-то хорошее начинается с 10 дБ.

Коэффициент шума приемника примем равным 1 дБ - это очень хорошее значение.

итого максимально возможная чувствительность = -174дБм + 10 log(25 МГц) + 1дБ +10дБ = -174 + 74 + 1 + 10 = - 89 дБм. До -120 дБм очень и очень далеко.

У вас чувствительность получилась -80, довольно близко к максимально возможному значению. Скорее всего для хорошей передачи фронтов радиоимпульса используете ширину полосы приёмника намного больше чем 25 МГц.

Для улучшения чувствительности можно делать следующее:

1. Уменьшить температуру приёмника: число в формуле -174дБм это не константа, а параметр который зависит от температуры. То значение которое в формуле - это для комнатной температуры. Но думаю что ради RFID меток вы не будете заниматься криогенным охлаждением приемника.

2. Уменьшить полосу пропускания приёмника. Если не хватает 40 дВ, то уменьшить полосу нужно примерно в 10000 раз. Но это приведет у увеличению во столько же раз минимальных длительностей передаваемых и принимаемых импульсов, следовательно поверхностная акустическая волна должна распространяться дольше во столько же раз ну и габариты самой RFID метки должно быть в те же 10000 раз больше. Вряд ли такие размеры можно будет использовать. И это ещё если не учитывать, что при увеличении дистанции для поверхностных волн будет сильно увеличиваться их затухание и улучшение чувствительности может быть намного меньше ожидаемого или улучшения не будет вообще.

Поэтому вполне ожидаемо, что гугление не помогло: идея красивая, но не реализуемая.

имхо.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Для расчета чувствительность приемника есть популярная формула, используем её.

Для длительности радиоимпульсов 40 нс полоса пропускания приемника должна быть не менее 1/40 нс = 25 МГц

---

Скорее всего для хорошей передачи фронтов радиоимпульса используете ширину полосы приёмника намного больше чем 25 МГц.

Для улучшения чувствительности можно делать следующее:

1. Уменьшить температуру приёмника: число в формуле -174дБм это не константа, а параметр который зависит от температуры. То значение которое в формуле - это для комнатной температуры. Но думаю что ради RFID меток вы не будете заниматься криогенным охлаждением приемника.

2. Уменьшить полосу пропускания приёмника. Если не хватает 40 дВ, то уменьшить полосу нужно примерно в 10000 раз. Но это приведет у увеличению во столько же раз минимальных длительностей передаваемых и принимаемых импульсов

---

Поэтому вполне ожидаемо, что гугление не помогло: идея красивая, но не реализуемая.

имхо.

 

Спасибо за ссылку на формулу!

Да, как раз в качестве согласующего фильтра собирался использовать 25МГц полосу, но для усиления фронтов поменял на 50МГц.

 

1. Согласен, охлаждать это слишком роскошно для такой системы.

2. Именно, 40нс делаем чтобы импульс был короткий и можно было зафиксировать задержку в акустической части метки, так чтобы задержка сигнала на распространение между ридером и меткой(около 10метров) давала задержку меньше ширины импульса.

 

За счет того, что на процедуру опроса уходит около 1-2 мкс я могу повторять запросы и набирать статистику до 500000 раз в секунду. Это позволит увеличить чувствительность. При использовании векторного анализатора цепей в режиме усреднения временного отклика(в режиме поиска разрыва кабеля по отражению сигнала) мы получаем следующую картину. Моя задача сделать устройство, которое бы всеми возможными способами выдавало примерно тоже самое.

 

P.S. Конечно я понимаю, что в векторном анализаторе цепей используется FFT для получения временного отклика по снятым S-параметрам. А я делаю устройство прямого детектирования, которое возможно нельзя сделать принципиально по такой схеме.

post-58537-1473232165_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites

Да, накопление откликов и корреляционная обработка улучшит чувствительность. Должно помочь. Именно так делают и в навигационных приёмниках.

В формуле для чувствительности при этом будет уменьшаться эффективная полоса приёмника - обратно пропорционально количеству собранных откликов. Если недостаток в чувствительности 40 дБ, то нужно собрать и обработать не меньше чем 10000 откликов.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Да, накопление откликов и корреляционная обработка улучшит чувствительность. Должно помочь. Именно так делают и в навигационных приёмниках.

В формуле для чувствительности при этом будет уменьшаться эффективная полоса приёмника - обратно пропорционально количеству собранных откликов. Если недостаток в чувствительности 40 дБ, то нужно собрать и обработать не меньше чем 10000 откликов.

 

Я понял, спасибо за советы! Буду пробовать корреляционную обработку, надеюсь поможет.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Да, накопление откликов и корреляционная обработка улучшит чувствительность. Должно помочь. Именно так делают и в навигационных приёмниках.

В формуле для чувствительности при этом будет уменьшаться эффективная полоса приёмника - обратно пропорционально количеству собранных откликов. Если недостаток в чувствительности 40 дБ, то нужно собрать и обработать не меньше чем 10000 откликов.

Интересная тема.

Не могли бы поделиться информацией или ссылочкой на то, как реализуется корреляционная обработка, про которую Вы рассказывали. А то при гуглении находятся либо совсем общие сведения (пара абзацев), либо совсем одна "вода".

Share this post


Link to post
Share on other sites
Интересная тема.

Не могли бы поделиться информацией или ссылочкой на то, как реализуется корреляционная обработка, про которую Вы рассказывали. А то при гуглении находятся либо совсем общие сведения (пара абзацев), либо совсем одна "вода".

Наверное уже поздно, но это лучше чем никогда...

Гуглить лучше фразу "автокорреляционная функция", так будет более понятно. Такая обработка позволяет находить одинаковые фрагменты информационных потоков в зашумленных каналах передачи данных.

В случае топикстартера всё намного проще, у него момент появления откликов относительно радиоимпульса примерно один и тот же и обработку можно свести к простому усреднению полученных откликов. При такой обработке сигнал остается без изменений т.к. он в каждом отклике один и тот же, а шум ослабляется т.к. в каждом отклике он случаен по отношению к другому отклику.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Интересно, чем дело закончилось у топикстартера.

 

И почему ему никто не посоветовал гетеродинный прием с нулевой ПЧ? Так ведь всегда такие приемники и делают. На AD8347 например отлично бы вышло.

 

Наверное уже поздно, но это лучше чем никогда...

При такой обработке сигнал остается без изменений т.к. он в каждом отклике один и тот же, а шум ослабляется т.к. в каждом отклике он случаен по отношению к другому отклику.

 

Большая ошибка думать, что в RFID-системах сигнал отклик от отклика не отличается. Объекты и считыватели имеют обыкновение внезапно и довольно резво перемещаться относительно друг друга.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Большая ошибка думать, что в RFID-системах сигнал отклик от отклика не отличается. Объекты и считыватели имеют обыкновение внезапно и довольно резво перемещаться относительно друг друга.

за 2 мкс?

Share this post


Link to post
Share on other sites
за 2 мкс?

 

Откуда 2 мкс? 2 мкс - это только один цикл обмена, а если вы начинаете накапливать - умножайте на количество циклов накопления. 10000 откликов - 20 мс. Вполне приличная величина, все расползется.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Если специально махать меткой, то да, расползётся.

А если хотя-бы не махать или лучше на долю секунды зафиксировать положение, то всё будет хорошо.

Штрих коды как-то тоже часто не сразу считываются, но трагедии из этого не делают.

имхо.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если специально махать меткой, то да, расползётся.

А если хотя-бы не махать или лучше на долю секунды зафиксировать положение, то всё будет хорошо.

Штрих коды как-то тоже часто не сразу считываются, но трагедии из этого не делают.

имхо.

 

Автор не указал область применения проектируемой системы, а я занимался RFID для транспорта - так вот там с этим "зафиксировать" всё совсем печально. Еще бы считать ее хоть раза три успеть, если длинный номер, куда уж там накопить. Там, правда, была система с активным ответом.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Добрый день!

 

Я проектирую систему чтения пассивных RFID меток, работающих на поверхностных акустических волнах(ПАВ). Принцип работы RFID меток на ПАВ достаточно прост: антенной метки принимается радиоимпульс от ридера и преобразуется в поверхностную акустическую волну, которая очень медленно распространяется по поверхности кристалла чипа до отражателей, которые формируют дискретно временное кодирование и при задержке сигнала в метке около 1мкс потери около 40-50дБ. Задача состоит в том, чтобы сгенерировать радиочастотных импульс длительностью 40нс и заполнением 900МГц, излучить его в направлении RFID меток и получить от них отклик. С генерацией 40нс импульсов проблем нет. Основная проблема, с которой я столкнулся, это очень слабый эхо сигнал - около -120дБ.

 

Я пытался решить проблему приема и детектирования этого сигнала в лоб, используя LNA от Avago и далее детектор сигнала AD8318. В итоге чувствительность приемника составила порядка -80дБ. Добавление дополнительных усилителей после LNA, согласованного фильтра и PA не приводит к существенным изменениям за счет плохого SNR. Все тонет в шумах. Гетеродин я не использую, т.к. радиоимпульсы довольно короткие: 40нс и на промежуточной частоте, скажем 100МГц, это только 4 периода.

 

У кого нибудь есть опыт создания подобных систем? Гугление не помогло найти готовые схемотехники и решения для конкретно этой задачи. Буду признателен за советы.

SAW тупиковый путь развития RFID. Только советские блиднолицые не хотят понять, что человечество ушло на пол века вперед от того, что может SAW. 1.Теги обнаруживаются на расстояниях 20м и более. 2. Супер совершенные алгоритмы антиколлижн (это распознавание массы тегов в сек. Я могу продемонстрировать скромный ридер спокойно детектирующий 180 тегов в сек. А ридеры обнаруживающие до 1000 тегов в сек уже реализованы были 5 лет назад. 3. Габариты ридеров-коробок сигаретный со всеми микроконтроллерами, интерфейсами, питанием и многое другое

4. Стоимость такого ридера в рознице меньше 100 дол.

Что Вы можете предложить? Ну куда скакнули сами теги это отдельная история.

SAW- древность 50-х годов.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Интересно, чем дело закончилось у топикстартера.

И почему ему никто не посоветовал гетеродинный прием с нулевой ПЧ? Так ведь всегда такие приемники и делают. На AD8347 например отлично бы вышло.

Большая ошибка думать, что в RFID-системах сигнал отклик от отклика не отличается. Объекты и считыватели имеют обыкновение внезапно и довольно резво перемещаться относительно друг друга.

 

Реализовал систему прямого детектирования с последующим усреднением в 1000. Дальность получил около полуметра. Дальнейшее усреднение дальность обнаружения не увеличивает - сигнал от метки становится сравним с регулярными помехами, которые вызваны различными переотражениями, шумами квантования АЦП и так далее. По сути я прошел путем https://opus4.kobv.de/opus4-fau/files/3564/..._localizing.pdf

 

Со следующего года возможно буду делать систему FMCW по образцу http://www.intechopen.com/books/deploying-...reme-conditions

 

Автор не указал область применения проектируемой системы, а я занимался RFID для транспорта - так вот там с этим "зафиксировать" всё совсем печально. Еще бы считать ее хоть раза три успеть, если длинный номер, куда уж там накопить. Там, правда, была система с активным ответом.

 

Сами не знаем. Одно время для идентификации картин в музее хотели использовать. Сейчас для идентификации автомобилей при въезде в какие либо помещения. Мы - университет, поэтому все так расплывчато.

А так согласен, для детектирования движущихся объектов создать систему идентификации еще сложнее.

 

SAW тупиковый путь развития RFID. Только советские блиднолицые не хотят понять, что человечество ушло на пол века вперед от того, что может SAW. 1.Теги обнаруживаются на расстояниях 20м и более. 2. Супер совершенные алгоритмы антиколлижн (это распознавание массы тегов в сек. Я могу продемонстрировать скромный ридер спокойно детектирующий 180 тегов в сек. А ридеры обнаруживающие до 1000 тегов в сек уже реализованы были 5 лет назад. 3. Габариты ридеров-коробок сигаретный со всеми микроконтроллерами, интерфейсами, питанием и многое другое

4. Стоимость такого ридера в рознице меньше 100 дол.

Что Вы можете предложить? Ну куда скакнули сами теги это отдельная история.

SAW- древность 50-х годов.

 

Хотите посмеяться? У нас есть публикации типа "Multiband SAW Tag for RFID Systems with Unlimited Anticollision" http://www.sgu.ru/news/2016-10-27/uchyonye...a-simpoziume-po

 

Я бы сказал, что RFID это тупиковый путь развития для ученых в области SAW.

Share this post


Link to post
Share on other sites

 

 

 

Хотите посмеяться? У нас есть публикации типа "Multiband SAW Tag for RFID Systems with Unlimited Anticollision" http://www.sgu.ru/news/2016-10-27/uchyonye...a-simpoziume-po

 

Я бы сказал, что RFID это тупиковый путь развития для ученых в области SAW.

 

Тогда не понятно зачем Вы этим занимаетесь? RFID G2 это хорошо развитый технически бизнес, так вот если интересно гробить золотые годы так на создание собственных изделий на проверенных жизнью и востребованных рынком решениях (на самом деле отсев решений, технологий длился лет 10) и там осталось еще немало интересных проблем. Но главное Вы сможете продавать, а это самое главное, все остальное вторично. А все что в этой советской статье так действительно очень смешно.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this